光—Fenton试剂预处理低浓度H酸废水

肖羽堂， 陈拥军， 刘鸿，张晶晶，孙承林，吴鸣
(中国科学院 大连化学物理研究所， 辽宁 大连 116023)

　　 摘　要：采用光—Fenton试剂预处理低浓度H酸废水(COD为300～500mg/L、色度为400～600倍、pH值为4.5～5.5)的试验结果表明，在最佳预处理条件［pH 值为5、FeSO₄(10 g/L)用量为0.5%、H₂O₂(3%)用量为2.2%、催化剂mTiO₂的用量为0.02%、反应时间为90min］下对COD的去除率为52.4%～62.7%，对色度的去除率＞82% ，废水的CODB/COD值显著提高。
　　关键词： Fenton试剂；光催化氧化；H酸废水
　　中图分类号：X703.1
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)07-0048-03

　　H酸是重要的染料中间体之一，主要用于生产酸性、活性染料和偶氮染料，也可用于制药工业。H酸对微生物具有较大毒性，很难直接采用生化法处理。目前国内外普遍采用湿式催化氧化法处理H酸废水，虽然该法具有较好的效果，但其运转条件苛刻、处理费用高、一次性设备投资大而难以推广应用，采用光催化氧化法处理低浓度、难生化降解有机废水则效果好且具有很多显著的优越性，引起了国内外的广泛重视和关注。

1 试验装置与方法

1.1 试验材料
　　① 取FeSO₄(CP)溶于水中配成10g/L的溶液。
　　② 取30%的H₂O₂(CP)溶液稀释后配成3%的溶液。
　　③ 催化剂mTiO₂。
1.2 可生化性试验
　　① 污泥的培养与驯化
　　种泥取自某污水处理厂，除去残渣后以生活污水及经过预处理后的H酸废水(pH值为7～8)按一定体积比进行培养、驯化(7d)，最后单独用经过预处理后的H酸废水再驯化8d。
　　② 试验步骤
　　取一定量H酸废水按4∶1(废水与活性污泥体积比)注入活性污泥，然后在30℃、150r/min下进行摇瓶培养，接着将混合液在400r/min下离心分离15min并测定上清液的COD，计算COD去除量即为CODB。
1.3 装置与设备
　　① 大振幅摇床(HQL 150-B)。
　　② 离心机(LDZ 4-0.8)。
　　③ 光催化反应器。
　　采用石英夹套式反应器(见图1)，将废水—TiO₂反应体系加入反应器中(同时需将装有紫外灯的石英管放入反应器内，利用水浴夹套里面充入的循环冷凝水可将紫外灯放出的热带走，以防止反应体系被加热)，空气则经进气口通入悬浊液底部，同时用电磁搅拌器加以搅拌。

1.4 分析方法
　　pH值测定采用pH仪和pH精密试纸；色度测定采用稀释倍数法；COD测定采用微波消解法 。?
1.5 废水水质
　　采用某染料厂H酸生产车间排放的染料中间体废水，其COD为300～500mg/L、色度为400～600倍、pH值为4.5～5.5。?

2 H酸废水的预处理

2.1 光催化氧化
　　为确定最佳处理条件，对催化剂和H₂O₂用量分别进行单因子影响试验。?
　　① 催化剂用量
　　取COD为331mg/L的H酸废水调pH值为5，在FeSO₄投加量为0.5%、H₂O₂(3%)用量为2.0%和不同催化剂用量(0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%)条件下进行光催化氧化试验，反应时间为90min，对COD的去除效果见图2。

　　由图2可以看出，催化剂用量＜0.02%时随着催化剂用量的增加COD去除率随之升高；当催化剂用量＞0.02%时随着催化剂用量的增加COD去除率反而降低，所以催化剂的最佳用量为0.02%。?
　　②H₂O₂用量
　　取COD为331mg/L的H酸废水调pH值为5，在FeSO4投加量为0.5%、催化剂用量为0.02%时不同H₂O₂(3%)用量(1.5%、1.8%、2.0%、2.2%、2.5%)条件下进行光催化氧化试验，反应时间90min，对COD的去除效果见图3。?

　　由图3可以看出，当H₂O₂用量＜2.2%时对COD的去除率随H₂O₂用量的增加而增加，但当H₂O₂用量＞2.2%时对COD去除率却逐渐降低，所以H₂O₂(3%)最佳用量为2.2%。
2.2 处理效果
　　取H酸废水调pH值为5，然后将FeSO₄、H₂O₂(3%)和催化剂分别按0.5%、2.2%、0.02%的投加量放入反应器进行光—Fenton催化氧化试验反应时间为90min，反应完毕后取滤后水进行测定，结果如表1所示。

表1 废水处理效果 项目 COD(mg/L) 色度(倍) pH COD(mg/ L) 色度(倍) pH COD(mg/L) 色度(倍) pH 进水 447.5 600 5.2 387.5 500 5.1 254.5 400 5.3 出水 212.8 100 6.6 166.0 90 6.5 94.6 50 6.9 去除率(%) 52.4 83 　 57.2 82 　 62.7 88 　

　　从表1可见，对COD为300～500mg/L、色度为400～600倍、pH为5.1～5.3的H酸废水，在光—Fenton催化氧化最优预处理条件下COD去除率为52.4%～62.7%，色度去除率达82%～88%、废水pH值从5.1～5.3提高到6.5～6.9，达到了后续生物处理的要求。?
2.3 可生化性试验
　　取H酸废水和经光—Fenton催化氧化预处理后的出水进行了可生化性对比试验，结果如表2所示。
　　从表2可以得出，H酸废水经光—Fenton催化氧化预处理后CODB2/COD从6.3%～9.5%提高到37.8%～43.9%、CODB4/COD从9.2%～14.5%提高到59.1%～63.6%，为后续采用生物活性炭过滤处理创造了有利条件。

表2 可生化性对比试验 项目 COD(mg/L) COD_B2(mg/L) COD_B2/COD (%) COD_B4(mg/L) COD_B4/COD(%) H酸废水 447.5
387.5
254.5 28.2
29.5
24.3 6.3
7.6
9.5 41.1
39.7
36.9 9.2
10.2
14.5 预处理出水 212.8
166.0
94.6 80.4
67.1
41.5 37.8
40.4
43.9 125.7
97.3
60.2 59.1
58.6
63.6 注： COD_B2和COD_B4分别表示2 h和4 h的可生化性COD。

3 结语

　　对COD为300～500 mg/L、色度为400～600倍、pH值为5.1～5.3的H酸废水，其最优预处理条件为：FeSO₄(10g/L)投加量为0.5%、催化剂投量为0.02%、进水pH值为5、H₂O₂(3%)投加量为2.2%。H酸废水经过光—Fenton催化氧化预处理后COD去除率达52.4%～62.7%、色度去除率达82%～88%、废水的COD_B2/COD从6.3%～9.5%提高到37.8%～43.9%、COD_B4/COD从9.2%～14.5%提高到59.1%～63.6%、pH值从5.1～5.3提高到6.5～6.9，可进行后续生物活性炭过滤处理。

参考文献：

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　　收稿日期：2001-11-20